Penggunaan Sensor Pyrometer Sebagai Alat Untuk Mengukur Temperatur Material Pada Kiln (Aplikasi PT. Semen Padang)

(1)

Suriadi Ginting : Penggunaan Sensor Pyrometer Sebagai Alat Untuk Mengukur Temperatur Material Pada Kiln (Aplikasi PT. Semen Padang), 2009.

PENGGUNAAN SENSOR PYROMETER SEBAGAI ALAT

UNTUK MENGUKUR TEMPERATUR MATERIAL PADA KILN

( APLIKASI PT. SEMEN PADANG )

Disusun Oleh : SURIADI GINTING

NIM : 045203015

PROGRAM DIPLOMA-IV

TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ABSTRAK

Pengukuran temperatur sangatlah penting untuk mengetahui besar kecilnya suhu yang mengalir selama proses berlangsung serta pengukuran temperatur ini juga berguna mengatur jalannya proses sehingga dapat meningkatkan hasil produksi agar tetap stabil.

Sensor Pyrometer adalah salah satu peralatan pengukur temperatur yang dipergunakan untuk mengukur besarnya jumlah yang berada dalam kiln, dan Sensor Pyrometer juga berfungsi sebagai alat untuk penghasil keluaran dari pengukuran dan perantara penghubung antara yang ada dilapangan dengan ruang kontrol. Sensor Pyrometer ini berfungsi untuk mengirimkan data yang diukur dilapangan ke unit penerima pada ruang kontrol (Control Room). Sensor ini bekerja dengan menangkap pancaran radiasi inframerah atau pancaran panas yang dikeluarkan oleh objek test, dimana pancaran tersebut akan dirubah menjadi sinyal, sinyal tersebut masih berupa sinyal digital yang diproses oleh mikroprosesor dan dirubah lagi ke bentuk sinyal analog oleh sebuah konverter. Sensor Pyrometer ini mengukur sinyal proses (input) yang dikirim dari lapangan kemudian diubah menjadi sinyal analog yang diteruskan ke ruang kontrol.

Hasil pengukuran temperatur material 800 – 1700 0C pada kiln akan

menghasilkan keluaran berupa sinyal listrik dalam besaran arus 4 mA – 20 mA,

yang apabila temperature yang diukur 800 0C maka arus keluarannya 4 mA dan

(3)

KATA PENGHANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, yang telah memelihara dan melimpahkan kasih karunia-Nya kepada penulis, sehingga Karya Akhir ini dapat diselesaikan.

Karya Akhir ini dimaksudkan adalah sebagai syarat untuk menyelesaikan Program studi di Fakultas Teknik Jurusan Teknologi Instrumentasi Pabrik Diploma-IV Universitas Sumatera utara.

Selama berlangsungnya penulisan Karya Akhir ini hingga penyelesaiannya, penulis banyak mendapatkan bantuan yang diberikan baik material, spiritual, informasi maupun administrasi. Oleh karena itu sepantasnya penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada :

1. Kedua orangtua tercinta, papa A. Ginting dan mama M. Tarigan, serta

abang dan kakakku yang telah memberikan dukungan moril, material dan doa terhadap penulis.

2. Bapak Drs. Hasdari Helmi,MT selaku dosen pembimbing, dengan tulus dan

sabar meluangkan waktu untuk membimbing penulis dan menyelesaikan tugas akhir ini.

3. Bapak Ir. Nasrul Abdi MT, selaku ketua Program Diploma-IV Teknologi

Instumentasi Pabrik Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak, Rachmad Fauzi, ST.MT Selaku Seketaris Program Diploma-IV

Teknologi Instrumentasi Pabrik.

5. Seluruh Staf Pengajar di Fakultas Teknik Elektro USU, yang telah

(4)

6. Seluruh Karyawan di Jurusan Teknik Elektro USU.

7. Rekan-rekan angkatan 04 : Indra, Mulindra, serta yang lainnya, yang tidak

dapat saya sebutkan satu persatu, sukses selalu.

8. Rekan Permata serata buat Jon Ginting, Zeplin Sinulingga. Yang telah

banyak memberikan semangat dan bantuan terjemahannya.

9. Segenap karyawan PT. Semen Padang yang telah banyak membantu penulis.

Terutama Pak Awal dan Pak Fahmi.

Akhirnya kata penulis dengan keterbatasannya sangat menyadari bahwasannya dalam penyusunannya karya akhir ini masih banyak kekurangannya, sehingga penulis dengan tulus menerima saran dan kritik yang bersifat membangun dan kiranya dapat digunakan untuk menambah ilmu dan pengetahuan yang lebih baik dari masa yang akan datang.

Dengan kerendahan hati, penulis mohon maaf yang sebesar-besarnya atas segala kekurangan dan semoga karya akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

TUHAN MEMBERKATI

Medan, juli 2009 Hormat Saya,

(5)

D A F T A R I S I

L e m b a r a n P e n g e s a h a n

A b s t r a k . . . i

K a t a P e n g a n t a r . . . i i D a f t a r i s i . . . i v D a f t a r G a m b a r . . . v i i D a f t a r T a b e l . . . v i i i B A B I P E N D A H U L U A N . . . 1

I . 1 . L a t a r B e l a k a n g . . . 1

I . 2 . T u j u a n P e m b a h a s a n . . . 2

I . 3 . B a t a s a n M a s a l a h . . . 2

. . . I . 4 . M e t o d e P e m b a h a s a n . . . 2

I . 5 . S i s t e m a t i k a P e m b a h a s a n . . . 3

B A B I I T i n j a u a n P u a s t a k a . . . 5

I I . 1 . P e n g e r t i a n P e n g u k u r a n . . . 5 I I . 1 . 1 . M e t o d e P e n g u k u r a n . . .

6

(6)

(7)

(8)

I V . 2 . 3 . P e r m a s a l a h a n s e n s o r P y r o m e t e r . . . . . . 3 7

V K e s i m p u l a n d a n S a r a n . . . . . . 3 9 V . 1 . K e s i m p u l a n . . .

. . . 3 9 V . 2 . S a r a n . . .

. . . 4 0

D a f t a r P u s t a k a . . .

(9)

D A F T A R G A M B A R

G a m b a r 2 . 1 . M e t o d e L i h a t L a n g s u n g . . . 6 G a m b a r 2 . 2 . M e t o d e T i d a k L a n g s u n g . . . 7 G a m b a r 2 . 3 . T e r m o m e t e r A i r R a k s a . . . 1 0 G a m b a r 2 . 4 . T e r m o m e t e r b i m e t a l . . . 1 3 G a m b a r 2 . 5 . S k e m a d i a g r a m P y r o m e t e r . . . 1 5 G a m b a r 2 . 6 . S k e m a D i a g r a m O p t i k a l P y r o m e t e r . . . 1 6 G a m b a r 2 . 7 . D i a g r a m B l o k s i s t e m R a n g k a i a n T e r b u k a . . . 1 8 G a m b a r 2 . 8 . D i a g r a m B l o k s i s t e m R a n g k a i a n T e r t u t u p . . . 1 8

G a m b a r 3 . 1 . P r i n s i p K e r j a S e n s o r P y r o m e t e r . . . 2 5 G a m b a r 3 . 2 . D i a g r a m S e d e r h a n a P r i n s i p K e r j a P y r o m e t e r

A R D O C O L M P . . . 2 6 G a m b a r 3 . 3 . B e n t u k T r e n d S u h u . . . 2 9 G a m b a r 3 . 4 . P y r o m e t e r A R D O C O L M P . . . 2 9

G a m b a r 3 . 5 . K o n s t r u k s i P y r o m e t e r A R D O C O L M P T a n p a

(10)

D A F T A R T A B E L

(11)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. LATAR BELAKANG

Setiap industri, pengendalian memiliki peralatan elektronik sebagai peralatan kontrol maupun peralatan instrument. Alat kontrol maupun instrument bermacam-macam bentuk dan fungsinya, salah satunya adalah alat pengukur temperatur diantaranya Sensor Pyrometer. Alat ini digunakan untuk mengukur besar temperatur tinggi yang sulit dijangkau, besar temperatur yang di ukur antara 13500 C - 14000 C. Sensor ini bekerja dengan menangkap pancaran radiasi inframerah atau pancaran panas yang dikeluarkan oleh objek test, dimana pancaran tersebut akan dirubah menjadi sinyal, dimana besar kecilnya temperatur mempengaruhi mutu dari proses. Jadi pada kesimpulannya teknologi inframerah dapat memberikan kontribusi yang sangat besar dala peningkatan keefisiensian dalam berbagai kegiatan produksi dalam perindustrian.

Dengan mengetahui besar temperatur yang berada dalam objek kita dapat mengetahui kualitas dari objek. Oleh karena itu, penulis merasa tertarik membahas tentang Sensor Pyrometer Sebagai Alat Untuk Mengukur Temperatur Material

Pada Kiln yang aplikasinya di Indarung V PT. SEMEN PADANG sebagai judul

(12)

I.2. TUJUAN PEMBAHASAN

Adapun yang menjadi tujuan penulisan dalam pembahasan karya akhir ini adalah :

1. Untuk memenuhi syarat menyelesaikan masa studi sebagai mahasiswa

program Diploma IV Teknologi Instrumentasi Pabrik.

2. Megetahui dan memahami prinsip kerja dari Sensor Pyrometer serta

penggunaannya pada proses pengukuran temperatur material pada kiln

I.3. BATASAN MASALAH

Agar pembahasan masalah dalam Karya Akhir ini tidak terlalu meluas, penulis membatasi ruang lingkup pembahasan Karya Akhir hanya kepada beberapa hal yaitu :

1. Hanya membahas prinsip kerja dari Sensor Pyrometer ARDOCOL MP.

2. Tidak membahas secara detail alat-alat pendukung proses pengontrolan dan

fungsi peralatan tersebut pada pengontrolan temperature.

3. Permasalahan dalam pembacaan temperatur oleh Sensor Pyrometer.

4. Tidak membahas perhitungan secara detail.

I.4. METODE PEMBAHASAN

(13)

1. Dengan mempelajari teori dan pengamatan langsung selama Kerja

Praktek (KP) serta melakukan diskusi dengan pembimbing lapangan dan juga operator lapangan.

2. Mengambil bahan-bahan dan data-data dari berbagai sumber referensi

seperti : buku-buku referensi, artikel, brosur dan sebagainya.

3. Melakukan diskusi dengan Dosen Pembimbing.

4. Dengan cara studi kepustakaan.

I.5. SISTEMATIK PENULISAN

Untuk mempermudah pembahsan dalam Karya Akhir ini, maka penulis membuat suatu sistematika pembahsan. Sistematika pembahsan ini merupakan urutan bab demi bab. Adapun sistematika pembahsan tersebut adalah :

Bab I : Pendahuluan

Bab ini berisi latar belakang masalah, tujuan pembahasan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika pembahasan.

Bab II : Landasan Teori

(14)

Bab III : Sensor Pyrometer (ARDOCOL MP)

Bab ini berisikan penjelasan mengenai sensor pyrometer (ARDOCOL MP), prinsip kerja, bentuk dan kontruksi alat, cara kerja alat.

Bab IV : Pembahasan

Bab ini menjelaskan Proses pengukuran temperature, fungsi sensor Pyrometer (ARDOCOL MP) dan data pengukuran.

Bab V : Penutup

(15)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1. PENGERTIAN PENGUKURAN

Pengukuran merupakan suatu aktifitas dan atau tindakan membandingkan suatu besaran yang belum diketahui nilainya atau harganya terhadap besaran lain yang sudah diketahui nilainya, misalnya dengan besaran standart. Pekerjaan membandingkan tersebut tiada lain adalah pekerjaan pengukuran atau mengukur. Sedangkan pembandingnya yang disebut sebagai alat ukur. Pengukuran banyak sekali dilakukan dalam bidang teknik atau industri. Sedangkan alat ukurnya sendiri banyak sekali jenisnya, tergantung dari banyak faktor, misalnya objek yang diukur serta hasil yang di inginkan. Perlu diperhatikan dalam melakukan pengukuran adalah :

1. Standart yang dipakai harus memiliki ketelitian yang sesuai dengan

standart yang telah ditentukan

2. Tata cara pengukuran dan alat yang digunakan harus memenuhi

persyaratan.

(16)

PANJANG ATAU BERAT

DILIHAT LANGSUNG

Pengetahuan akan alat ukur dan objek yang dihadapi adalah suatu syarat agar pengukuran yang benar dapat dilakukan. Ini juga berati bahwa cara melakukan pengukuran yang benar akan diperoleh, jika objek yang dihadapi dapat diketahui disamping pengetahuan tentang prinsip kerja dari alat ukur juga harus dikuasai.

II.1.1. METODA PENGUKURAN

Dalam pengukuran dapat dilakukan dengan dua metode, yaitu :

a. Metode Pengukuran Langsung

Pengukuran diakatakan pengukuran langsung bila alat ukurnya atau pembandingnya standard, yaitu suatu pengukuran yang mempunyai nilai standard, misalnya ukuran panjang dan berat. [ Ir. H. Mansyur, M.Si “ Instrumentasi dan Alat Ukur ” Departemen Perindustrian RI PTKI – Medan 2006]

Gambar. 2.1. Metode dilihat langsung

b. Metode Pengukuran Tidak Langsung

Pengukuran dikatakan tidak langsung bila pembandingnya adalah suatu yang telah dikalibrasikan terhadap besaran standard, misalnya transmitter.

(17)

banyak cara untuk menghasilkan alat ukur tidak langsung. Berdasarkan pada peranan dalam fungsinya dapat dibedakan :

a. Alat ukur penunjuk : misalnya ammeter, voltmeter, termometer, dan

lain-lain.

b. Alat ukur perekan/rekorder : misalnya rekorder temperatur, rekorder tekanan dan lain-lain.

c. Alat ukur pengendali : misalnya pengendali temperatur (thermostat) pada pemanas air, strika listrik dan lain-lain.

Gambar. 2.2. Metode tidak langsung

(18)

II.1.2. KARAKTERISTIK ALAT UKUR

Mengetahui karakteristik alat ukur adalah penting agar pekerjaan pengukuran secara menyeluruh (persiapan, pelaksanaan dan analisis) dapat diandalkan keberhasilannya. Seseorang tidak akan dapat merancang pengukuran

dengan benar tanpa mengetahui arti karakteristik dari alat ukur. Beberapa karakteristik penting dari alat ukur adalah:

a. Ketelitian atau Keseksamaan (Accuracy)

Ketelitian atau accuracy didefenisikan sebagai ukuran seberapa jauh hasil pengukuran mendekati harga sebenarnya. Ukuran ketelitian sering dinyatakan dengan dua cara, atas dasar perbedaan atau kesalahan (error) terhadap harga yang sebenarnya, yaitu [Ir. H. Mansyur, M.Si “ Instrumentasi dan Alat Ukur ” Departemen Perindustrian RI PTKI – Medan 2006] :

- Kesalahan terhadap harga sebenarnya dalam proses :

- Kesalahan dalam persen terhadap skala penuh, yaitu ;

b. Kecermatan atau Keterulangan (Precision/Repeatibility)

(19)

Hal diatas berarti bahwa jika suatu mikrometer menghasilkan angka 0,0002 mm, dan hasil yang sama akan diperoleh kembali meskipun pengukuran diulang-ulang, dikatakan bahwa mikrometer tersebut sangat cermat.

c. Resolusi

Resolusi adalah nilai perubahan terkecil yang dapat dirasakan oleh alat ukur. Sebagai contoh : suatu timbangan pada jarum penunjuk yang menunjukkan perubahan 0,1 gram (terkecil yang dapat dilihat) maka dikatakan bahwa resolusi dari timbangan tersebut adalah 0,1 gram. Harga resolusi sering dinyatakan pula dalam persen skala penuh.

d. Sensitivitas (Sensitifity)

Sensitifitas adalah ratio antara perubahan pada output terhadap perubahan pada input. Pada alat ukur yang linier, sensitivitas adalah tetap. Dalam beberapa hal harga sensitivitas yang besar menyatakan pula keunggulan dari alat ukur yang bersangkutan. Alat ukur yang terlalu sensitif adalah sangat mahal, sementara belum tentu bermanfaat untuk maksud yang kita inginkan.

II.2. PENGUKURAN TEMPERATUR

(20)

II.2.1 TERMOMETER AIR RAKSA

Prinsip kerja berdasarkan perubahan temperatur menyebabkan perubahan volume, agar perubahan volume tersebut dapat tampak lebih jelas (lebih sensitif) maka digunakan reservoir dan kapiler.

Umumnya bila suatu aliran dipanaskan maka volumenya akan bertambah menurut hubungan [Ir. H. Mansyur, M.Si “ Instrumentasi I & II” Fakultas Teknik Program D-IV USU – Medan 2005] :

Vt = Vo + (1 + t)

Dimana :

Vt = volume panjang termometer

Vo = volume mula

t = perubahan temperatur

= koefisien muai volume dari cairan

Gambar 2.3. termometer air raksa

(21)

II.2.2. TERMOMETER BIMETAL

Dua buah logam dengan koefisien muai panjang berbeda, dan diletakkan berdasarkan bersama-sama. Karena satu logam mempunyai koefisian muai panjang yang lebih besar, maka kenaikan temperatur akan ditunjukan oleh penyimpangan (defleksi) dari bimetal. Penurunan temperatur akan disertai dengan gerakan pada arah yang berlawanan. Umumnya bila suatu batang dipanaskan maka akan terjadi pertambahan panjang. [Ir. H. Mansyur, M.Si “ Instrumentasi I & II” Fakultas Teknik Program D-IV USU – Medan 2005]

Lt = panjang pada temperatur t

Suatu batang bimetal yang mula-mula lurus pada temperatur To, akan melengkung bila temperatur diubah menjadi T. Jari-jari lengkungan akan mengikuti rumus empiris.[ Ir. H. Mansyur, M.Si “ Instrumentasi I & II” Fakultas Teknik Program D-IV USU – Medan 2005]

r =

(22)

Dimana :

r = jari-jari lengkungan yang terjadi

t = tebal total kedua pelat

m = perbandingan tebal pelat terhadap A

n = perbandingan modolus elastisitas bahan A terhadap B

A dan B = masing-masing koefisien muai panjang bahan A dan B

T = temperatur pada waktu terjadi pelengkungan

(temperatur yang diukur /ditunjukkan) [0C]

To = temperatur pada waktu kedua pelat diletakkan

(pada waktu pelat tidak melengkung) [0C]

Untuk mendapatkan sensitivitas yang lebih besar, diusahakan agar metal B

mempunyai A yang sekecil mungkin dan metal A yang sebesar mungkin. Contohnya

(23)

Gambar 2.4. termometer bimetal

[Ir. H. Mansyur, M.Si “ Instrumentasi I & II” Fakultas Teknik Program D-IV USU – Medan 2005]

II.2.3. TERMOKOPEL

Termokopel terdiri dari sambungan (junction) dari dua logam yang berbeda. Pada sambungan ini terdapat tegangan listrik yang tergantung temperatur junction. Perubahan temperatur akan memberikan harga tegangan yang berubah pula.

Pada termokopel terdapat 3 efek yang saling berkaitan yaitu :

1. efek Seebeck

(24)

2. Efek Peltier

Bila pada junction tersebut mengalir arus listrik maka tegangan listrik yang terjadi tadi akan berubah naik atau turun tergantung dari arah arus listrik yang mengalir pada junction tersebut.

3. Efek Thomson

Bila sepanjang logam tersebut terdapat gradien temperatur maka besarnya tegangan tersebut juga akan berubah.

II.2.4. PYROMETER

Suatu benda yang panas akan memancarkan radiasi(panas) dan cahaya ke sekelilingnya. Mungkin tinggi temperatur benda tersebut makin besar radiasi dan intensitas cahaya yang dipancarkan. Besarnya radiasi dan intensitas cahaya ini tergantung dari temperatur benda dan dari warna atau panjang gelombang sinar yang dipancarkan. Dengan mengukur radiasi total atau radiasi pada salah satu panjang gelombang, maka temperatur benda akan dapat ditentukan.

Pyrometer adalah suatu alat yang dapat menentukan temperatur benda dengan jalan mengukur besarnya radiasi total atau radiasi pada salah satu panjang gelombang. Atas dasar kedua prinsip ini dikenal dua macam pyrometer.

1. Pyrometer Radiasi

Penentuan temperatur dilakukan dengan mengukur radiasi total yang dipancarkan oleh benda tersebut (lihat gambar 2.5)

(25)

temperatur dari sensor. Atau sebuah sel peka cahaya mengubah energi cahaya menjadi besaran listrik.

Gambar 2.5. skema diagram pyrometer

2. Pyrometer Optik

Penentuan tempertur dilakukan dengan mengukur radiasi pada salah satu warna (panjang gelombang) lihat gambar 2.6. Pyrometer optik bekerja berdasarkan pengukuran radiasi pada suatu panjang gelombang tertentu. Radiasi ini dinyatakan oleh terang benda tersebut pada warna yang sesuai dengan panjang gelombang. Pengukuran terang benda ini dilakukan dengan cara membandingkan dengan suatu lampu standard yang terangnya dapat diatur. Dengan mengatur arus yang melalui lampu, filamen dari lampu dapat dibuat sama terang dengan benda

(26)

yang melalui filamen lampu dapat langsung dikalibrasi menjadi temperatur dari benda.

Faktor yang mempengaruhi ketelitian pengukuran : a. jarak dan ukuran dari target area

b. penyerapan radiasi oleh media udara, lensa dan lain-lain c. sensivitas dari mata dalam membedakan terang.

Gambar 2.6. skema diagram optical pyrometer

II.3. Sistem Kontrol

Sistem kontrol telah memegang peranan yang sangat penting dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. Sistem kontrol telah menjadi bagian yang penting dan terpadu dari proses-proses dalam pabrik dan industri

(27)

II.3.1. Pengertian Sistem Kontrol

Sistem kontrol adalah suatu sistem yang terdiri dari beberapa komponen atau elemen pendukung yang digunakan untuk nilai variabel sistem yang dikontrol dan menerapkan variabel tersebut kedalam sistem untuk mengoreksi atau membatasi penyimpangan nilai yang di ukur dari nilai yang dikehendaki.

II.3.2. Pengertian Sistem Kontrol Otomatis

Sistem kontrol otomatis adalah sistem sistem kontrol umpan balik dengan acuan masukan atau keluaran yang dikehendaki dapat konstan atau berubah secara perlahan dengan berjalan nya waktu dan tugas utamanya adalah menjaga keluaran sebenarnya berada pada nilai yang dikehendaki dengan adanya gangguan. Banyak contoh sistem otomatis, beberapa diantaranya adalah pengaturan otomatis tegangan pada “plant” daya listrik ditengah-tengah adanya variasi beban daya listrik dan kontrol otomatis tekanan, kekentalan dan suhu dari proses kimiawi.

II.3.3. Sistem Kontrol Rangkain Terbuka Dan Rangkaian Tertutup

Sistem kontrol rangkaian terbuka (open loop control system) merupakan

(28)

cuci. Perendaman, pencucian dan pembilasan dalam mesin cuci dilakukan atas basis waktu. Mesin ini tidak mengukur sinyal keluaran yaitu tingkat kebersihan kain.

Setiap gangguan yang terjadi akan menimbulkan pengaruh yang tidak di inginkan pada outputnya, seperti terlihat pada gambar dibawah ini [J. P. Holman, terjemahan Ir. E. Jasjfi, M.Sc, ” Metode Pengukuran Teknik ”, Erlangga, Jakarta, 1984] :

Input Output

Gambar 2.7. diagram Blok Sistem Rangkaian Terbuka

Sistem kontrol rangkaian tertutup (closed-loop control system) merupakan system pengendalian dimana besaran keluaran meberikan efek terhadap besaran masukan sehingga besaran yang dikendalikan dapat dibandingkan terhadap harga yang di inginkan melalui alat pencatat(indikator atau rekorder). Perbedaan yang terjadi antara besaran yang dikendalikan dan penunjukan pada alat pencatat digunakan sebagai koreksi, seperti pada gambar 2.8 dibawah ini [J. P. Holman, terjemahan Ir. E. Jasjfi, M.Sc, ” Metode Pengukuran Teknik ”, Erlangga, Jakarta, 1984] :

(29)

Input + Output

-

Gambar 2.8. Diagram Blok Sistem Rangkain Tertutup

Masing-masing dari sistem kontrol baik itu loop terbuka maupun loop tertutup mempunyai kelebihan dan kelemahan :

Kelebihan sistem loop terbuka adalah :

1. konstruksinya sederhana dan perawatannya mudah.

2. lebih murah daripada sistem kontrol loop tertutup 3. tidak ada persoalan kestabilan

4. cocok digunakan jika keluaran sulit diukur atau secara ekonomi tidak

layak. (sebagai contoh, mengusahakan suatu peralatan untuk mengukur kualitas keluaran pemanggang roti adalah cukup mahal).

Kelemehan sistem kontrol loop terbuka adalah :

1. gangguan dan perubahan kalobrasi akan menimbulkan kesalahan,

sehingga keluaran mungkin berbeda dengan yang diinginkan.

2. untuk menjaga kualitas yang diperlukan pada keluaran diperlukan

kalibrasi ulang dari waktu ke waktu.

3. dapat digunakan pada sistem jika terdapat gangguan yang tidak dapat

diramalkan dan atau perubahan yang tidak dapat diramal pada komponen sistem.

Sedangkan kelebihan sistem kontrol loop tertutup adalah :

Proses

(30)

1. tidak memerlukan kalibrasi ulang dari waktu ke waktu

2. dapat digunakan untuk komponen-komponen yang relatif kurang teliti

dan murah untuk mendapatkan pengontrolan “plant” yang diteliti.

3. dapat digunakan pada sistem jika terdapat gangguan yang tidak dapat

diramalkan dan atau perubahan yang tidak dapat diramal pada komponen sistem.

Kelemahan sistem kontrol loop tertutup adalah :

1. kestabilan selalu merupakan persoalan utama karena cenderung terjadi

kesalahan akibat koreksi berlebih yang dapat menimbulkan osilasi pada amplitudo konstan maupun berubah.

(31)

BAB III

SENSOR PYROMETER

III.1. Pengertian Sensor Pyrometer

Sensor pyrometer merupakan sebuah alat yang berfungsi untuk mengukur temperatur material atau benda. Fungsi utama dari sensor ini sendiri hampir sama dengan alat-alat pengukur suhu yang kita kenal seperti termometer. Namun perbedaan sensor ini termometer adalah aplikasinya dalam mengukur temperatur. Sensor pyrometer dapat jaga kita golongkan sebagai alat ukur non kontak. Maksudnya adalah sensor ini dalam mengukur temperatur suatu objek atu material tidak perlu kontak langsung dengan objek ukur. Sedangkan termometer dapat digolongkan kedalam alat ukur kontak.

Di dunia penggunaan sensor pyrometer ini telah banyak digunakan pada sejumlah industri atau pabrik yang membutuhkan sensor seperti ini. Diantaranya sensor ini dipakai pada Pembangkit listrik tenaga nuklir, Pabrik pengelolahan baja, Pabrik semen dan berbagai macam industri lainnya. Selain itu sensor ini dapat digunakan untuk berbagai penelitian-penelitian geologi, vulkanologi dan lain-lain.

Jenis-jenis sensor pyrometer yang ada di dunia saat ini cukup banyak. Hal ini disebabkan karena sensor ini banyak digunakan untuk berbagai macam keperluan. Sehingga sensor pyrometer akan berbeda bentuk, tipe dan ukuran

(32)

Penggunaan sensor pyrometer ini pada proses pembuatan semen di PT. Semen Padang adalah untuk memonitor temperatur material semen yang dibakar di dalam Kiln. Tujuan memonitor ini adalah untuk mendeteksi pembakaran material secara sempurna agar klinker yang dihasilkan dari kiln sesuai dengan yang diinginkan. Selain itu sensor tersebut juga dapat mendeteksi jumlah kadar air yang terkandung didalam Kiln serta mendeteksi besar nyala api yang digunakan untuk membakar material dalam Kiln.

Prinsip kerja sensor pyrometer ini dalam mengukur temperatur adalah dengan menangkap radiasi inframerah yang dipancarkan oleh benda atau material. Radiasi inframerah tersebut akan ditangkap dan diserap oleh sensor pyrometer untuk dirubah menjadi setuan fisis yang berupa arus atau sinyal analog untuk diteruskan ke ruang kontrol. Hasil pengukuran atau pendeteksi sensor ini akan berbentuk sebuah grafik. Hasil pengukuran dari sensor pyrometer ini sangat diperlukan sekali dalam proses produksi semen pada Kiln.

Dengan adanya sensor pyrometer ini maka dapat memudahkan kita dalam mengetahui tinggi atau rendahnya temperatur material semen tanpa harus mengambil sampel secara langsung. Tanpa sensor pyrometer ini kita tidak dapat mengetahui secara detail hasil pembakaran material secara baik. Jika kita tidak dapat hasil secara detail dari lapangan atau hasil pembakaran material didalam Kiln maka kemungkinan proses hasil yang didapat tidak akan maksimal. Klinker yang dihasilkan kemungkinan akan berbentuk bongkahan-bongkahan atau debu-debu.

(33)

yang di produksi oleh Siemens. Jenis sensor ini dianggap cukup baik dan efisien dalam aplikasinya di lapangan.

III.2. Prinsip kerja

Dalam mengukur tinggi atau rendahnya temperatur, sensor Pyrometer ARDOCOL MP akan bekerja dengan cara mengukur perbandingan atau rasio intensitas radiasi inframerah. Radiasi inframerah ini akan dirubah oleh sensor menjadi dua buah gelombang elektromagnetik. Kedua gelombang elektromaknetik ini akan dibandingkan dan diukur lebih lanjut oleh sensor untuk mendapatklan nilai suhu sebuah benda atau material.

Metode ini memungkinkan untuk melakukan pengukuran secara tepat dengan mengabaikan emisivitas atau tingkat pancaran thermal radiasi infra merah yang sama-sama dihasilkan oleh sebuah objek atau material.

Dalam rangka pengukuran temperatur dengan sensor pyrometer ARDOCOL MP, hasil yang akan didapat akan selalu menyimpang dari hasil pengukuran yang dilakukan secara langsung. Namun hal tersebut tidak dapat

dikatakn bahwa hasil pengukuran sensor ini tidak akurat. Hal ini biasa terjadi pada seluruh peralatan-peralatan manapun. Hasil pengukuran yang menyimpang ini merupakan hasil pengukuran yang cukup ideal atau dapat dikatakan bahwa ini merupakan sebuah kesalahan positif pada sensor yang tidak berdampak buruk pada proses produksi.

(34)

kenyataannya sensor pyrometer ini dalam mengukur temperatur ini, sama sekali mengabaikan atau tidak terpengaruh dengan jumlah air dan debu yang terkandung dalam material. Air dan debu dapat mempengaruhi hasil pengukuran yang didapat.

Suatu benda atau material akan berubah warnanya dari merah gelap hingga putih yang menyala seiring dengan naiknya temperatur. Suhu Kiln dan material dapat dilihat dan ditentukan dari warnanya.

Kenaikan temperatur akan menyebabkan intensitas radiasi maksimum bergerak ke arah panjang gelombang yang lebih pendek. Atas dasar hubungan antara kenaikan temperatur dengan intensitas radiasi ini, dua buah panjang gelombang yang memiliki intensitas yang berbeda dapat dijadikan suatu ukuran dari temperatur material. Jika temperatur mengalami perubahan maka jarak atau

panjang intensitas radiasi maksimum juga akan berubah, akibatnya suhu yang didapat juga akan berubah-ubah.

(35)

Suriadi Ginting : Penggunaan Sensor Pyrometer Sebagai Alat Untuk Mengukur Temperatur Material Pada Kiln

4. pemandu cahaya 14. konverter analog ke digital 5. penerima radiasi 1 15. housing

6. penyaring indium phosphide 16. mikroprosesor 7. penerima radiasi 2 17. pengatur waktu

8. cincin peninjau 18. konverter digital ke analog

9. cermin 19. serial interface

10. lensa 20. power

Gambar 3.1. Prinsip Kerja Sensor Pyrometer

4-20mA

Keterangan :

1. Lensa Warna 7. Konverter Analog ke digital

2. Cermin ½ transparent 8. Pre Amp 1

3. Pemandu Cahaya 9. Pre Amp 2

4. Penyaring indium Phosphide 10. Mikroprosesor

5. Penerima radiasi 1 11. Konverter Digital ke Analog 6. Penerima radiasi 2 12. Power Supplay DC 24 Volt

Gambar 3.2. Diagram sederhana prinsip kerja sensor pyrometer ARDOCOL MP

Dilihat dari gambar diatas , prinsip kerja sensor pyrometer dalam mengukur suhu sebuah temperatur dimulai dari lensa pendeteksi warna (1) yang akan menangkap pancaran radiasi inframerah dan pancaran panas yang dikeluarkan oleh

12

5 8

1 2 3 4 7 10 11

6 9

(36)

objek test. Pancaran radiasi inframerah yang memiliki gelombang elektromagnetik akan diteruskan kesebuah cermin setengah transparant (2). Cermin setengah transparant akan menyaring dan menguatkan pancaran radiasi inframerah yang terpakai untuk diteruskan ke sebuah detektor yang berfungsi sebagai pemandu cahaya (3). Pemandu cahaya ini akan membawa pancaran radiasi inframerah ke penyaring indium phosphide (4). Besar pancaran radiasi yang dilewatkan oleh penyaring indium phosphide + 1µ m. Penyaring indium phosphide kembali menyaring radiasi inframerah ini. Penyaring ini lebih diutamakan karena indium phosphide ini akan mendeteksi dan membagi serta mengubah pancaran radiasi inframerahtersebut menjadi dua buah gelombang elektromagnetik yang lebih

pendek. Panjang gelombang pertama ( 1) yang dihasilkan sebesar 0,6 µm sampai

1,0 µm. Sedangkan panjang gelombang kedua ( 2) yang dihasilkan sebesar 1,0 µm

sampai 1,2 µ m. Proses penyaringan pada

(37)

Co, ARDOCOL MP Color Pyrometr With Integrated Digital Electronics, Siemens, Jerman] :

Le (

1)

1 Le (

2 ) 2

= f (

1. 2.FT)

dimana : Le ( 1) = Intensitas Radiasi panjang gelombang lebih pendek. Le ( 2) = Intensitas Radiasi panjang gelombang lebih panjang

E = Emisivitas

FT = Temperatur Warna

1 = Panjang gelombang 1 (0,6 µm - 1,0 µm)

2 = Panjang gelombang 2 (1,0 µm - 1,2 µm)

Kedua gelombang elektromagnetik atau sinyal-sinyal analog yang masuk akan dibandingkan oleh mikroprosesor. Perbandingan kedua buah gelombang

akan menghasilkan sinyal keluaran dimana sinyal keluaran tersebut memiliki nilai yang berbeda dari kedua sinyal yang masuk ke mikroprosesor. Nilai sinyal

atau besaran sinyal ini bukanlah hasil perbandingan yang dilakukan oleh mikroprosesor secara langsung, melainkan nilai tersebut merupakan hasil pendekatan dari mikroprosesor yang telah diseting dengan nilai atau ketetapan yang ada pada mikroprosesor tersebut. Sehingga kita tidak dapat menggunakan persamaan diatas dalam menentukan hasil pengukuran secara analisis. Namaun itu berarti bahwa hasil pengukuran yang didapat dari sensor pyrometer ini adalah tidak benar.

(38)

kontrol untuk menampilkan hasil pengukuran yang didapat oleh sensor pyrometer untuk satu kali pengkuran pada waktu yang sangat pendek. Hasil dari pengukuran ini belum dapat diambil sebagai sebuah kesimpulan untuk menyatakan besar atau rendahnya temperatur.

Sensor akan terus melakukan pengukuran temperatur material dan pada akhirnya pada selang waktu yang cukup lama (jam, hari, minggu, bulan), hasil pengukuran tersebut akan ditampilakan dalam bentuk grafik yang menampilkan secara keseluruhan. Bentuk grafik ini akan menampilkan trend suhu yang didapat untuk jangka waktu yang diinginkan (trend suhu per jam, trend suhu per hari, trend suhu per minggu dan trend suhu per bulan).

(39)

III.3. Bentuk dan Konstruksi

Gambar 3.4. Pyrometer ARDOCOL MP

[FL Smitdth & Co, ARDOCOL MP Color Pyrometr With Integrated Digital Electronics, Siemens, Jerman]

Spesifikasi Pyrometer ARDOCOL MP

Objek yang diukur : Suhu ( klingker )

Arus keluaran : 4 – 20 mA

Power supply : 24 V DC

(40)

Gambar 3.5. Konstruksi Pyrometer ARDOCOL MP Tanpa Tabung Pelindung [FL Smitdth & Co, ARDOCOL MP Color Pyrometr With Integrated Digital

Electronics, Siemens, Jerman]

(41)

Ketrangan :

1 : Housing

Rumah atau tempat dudukan seluruh komponen yang terdapat pad komponen ARDOCOL MP (terbuat dari bahan alumenium)

2 : Ring Bulat

Penahan pengompres

3 : Compressing gland

mengepres

4 : insulating hose

5 : Kabel penyeratan (Cable lug)

6 : Kontak soket (Insulating hose)

7 : Soket assembly

8 : konter (countersunk screw M3 x 6)

9 : kabel penghubung

(42)

BAB IV

PENGAMATAN DATA DAN ANALISA DATA

IV. 1 Pengamatan

IV. 1.1 Proses Pengolahan Bahan Baku di Pabrik Semen Padang

Proses dari system ini adalah :

1. Penggilingan bahan baku

2. Homoginesasi

3. pembakaran Raw mix menjadi Klinker

4. Penggilingan klinker menjadi semen

IV. 1. 2 Penggilingan Bahan Baku Menjadi Raw Mix

Pertama-tama prosesnya adalah bahan / material dari storage diteruskan ke dosimat feeder, kemudian dari dosimat feeder diteruskan ke vertical mill dan dari vertical mill diteruskan ke penggilingan, dari penggilingan menghasilkan yang halus dan yang kasar. Hasil yang halus diteruskan ke klasifayer, dari klasifayer diteruskan ke silo raw mix. Kemudian hasil yang kasar kembali ke vertical mill dengan alat transfortasi U16 kemudian diteruskan ke penggilingan, begitu seterusnya sampai menghasilkan raw mix kehalusannya ditentukan.

IV. 1. 3 Homogenisasi

(43)

IV. 1. 4 Pembakaran Raw mix menjadi Klinker

Pertama masuk ke hopper dengan alat transportasi 5W1A01 solid feeder, dari solid feeder dibawa dengan alat transfor air seuice kemudian masuk ke elevator 5W1A01, dari air seuice dipisahkan menjadi 2 bagian. Salah satunya, yang pertama masuk ke string A & B terus ke siklon preheater, kemudian masuk ke kiln, dan dari kiln terjadilah proses pembakaran, di dalam proses pembakaran temperature harus dikontrol sesuai dengan yang di inginkan. Karena besar kecilnya temperature mempengaruhi kwalitas material, Sehingga digunakan Sensor Pyrometer ARDOCOL MP.

Penggunaan Sensor Pyrometer tipe ARDOCOL MP pada pengukuran temperature material pada kiln di indarung V PT. Semen Padang digunakan untuk mengukur besar kecilnya temperatur material di kiln. Dan hasil pengukuran berupa

sinyal elektrik 4-20 mA yang mewakili pengukuran 800 -1700 0C. dimana hasil

pengukurannya dilihat dari ruang control.

IV. 2 Pembahasan

Prinsip kerja sensor pyrometer ini dalam mengukur temperatur adalah dengan menangkap radiasi inframerah yang dipancarkan oleh benda atau material.

(44)

berbentuk sebuah grafik. Hasil pengukuran dari sensor pyrometer ini sangat diperlukan sekali dalam proses produksi semen pada Kiln.

Dalam rangka pengukuran temperatur dengan sensor pyrometer ARDOCOL MP, hasil yang akan didapat akan selalu menyimpang dari hasil pengukuran yang dilakukan secara langsung. Namun hal tersebut tidak dapat dikatakan bahwa hasil pengukuran sensor ini tidak akurat. Hal ini biasa terjadi pada seluruh peralatan-peralatan manapun. Hasil pengukuran yang menyimpang ini merupakan hasil pengukuran yang cukup ideal atau dapat dikatakan bahwa ini merupakan sebuah kesalahan positif pada sensor yang tidak berdampak buruk pada proses produksi.

IV. 2.1 Data Pengukuran

Penggunaan sensor pyrometer (ARDOCOL MP) antara 800 – 1700 0C. Yang

berarti apabila temperature 800 0C maka keluaran adalah 4mA, dan apabila

temperature pada kiln 1700 0C maka keluarannya adalah 20mA. Untuk itu dapat

(45)

Suriadi Ginting : Penggunaan Sensor Pyrometer Sebagai Alat Untuk Mengukur Temperatur Material Pada Kiln

IV.2.2 Gambar Blok Diagram Sistem Pengendalian

input -

output

+

(46)

Dari gambar blok diatas kita dapat melihat bahwa temperatur yang berada dalam proses harus dijaga kesetabilannya, dimana temperatur yang di inginkan adalah 1400 0C. jika temperatur jauh tidak mencapai dari harga yang diinginka maka

yang harus dilakukan adalah menambah bahan bakar sampai mencapai 1400 0C,

tetapi jika temperature melebihi dari harga yang diinginkan maka harus dilakukan adalah mengurangi bahan bakar.

Apabila kurang dari 1400 0C maka ketahanan semen tidak bagus, namun jika

temperatur melebihi dari 1400 0C ketahanan semen sangat bagus tetapi memakan

bahan bakar yang sangat banyak, sehingga dibutuhkan sensor pyrometer ARDOCOL MP untuk mendeteksi besar temperatur yang berada dalam kiln. Jika hasil pengukuran termperatur menyimpang tidak jauh dari besar temperatur yang diinginkan maka itu tidak mempengaruhi hasil pengukuran

IV.3 Permasalahan Sensor Pyrometer ARDOCOL MP

Beberapa permasalahan yang terjadi dilapangan yang mengakibatkan tidak akuratnya pembacaan temperatur oleh sensor pyrometer antara lain :

• Tertutupnya lensa detector warna oleh material. Hal ini sering terjadi karena

(47)

• Panas Kiln yang mempengaruhi kondisi fisik dari sensor. Seperti yang telah

dijelaskan bahwa Sensor Pyrometer dirancang untuk dapat bekerja pada apapun juga. Namun berarti sensor ini tidak mempunyai kelemahan. Sensor ini merupakan alat elektronik buatan yang tentu saja memiliki kelemahan. Salah satunya sensor ini seperti alat-alat elektronik lainnya akan mengalami keausan atau komponen yang tidak sensitif dan tidak normal lagi dalam bekerja. Keausan biasanya cepat terjadi karena sering dipakai dan posisi yang tidak ideal seperti pada ujung kiln yang sangat panas. Walaupun sensor pelindung atau sarung yang sangat kuat dan anti panas dan tekanan. Namaun sensor itu sendiri itu sendiri tidak tahan dengan panas yang sangat tinggi. Akibatnya pada suatu saat sensor akan mengalami kerusakan dan ini akan mengakibatkan kesalahan pembacaan temperatur. Untuk Air Compressor (pendingin udara) bertekanan harus dicek setiap waktu.

• Kabel-kabel penghubung sensor dengan terminal I/O yang tidak terpasang

atau terlepas. Hal ini biasanya terjadi secara tidak sengaja ketika operator atau teknisi melekukan perawatan dan pembersihan sensor. Untuk itu ketelitian dalam bekerja sangat penting guna menjaga kondisi peralatan dan keselamatan teknisi-teknisi itu sendiri.

• Terjadi tumpuka n material pada Hole sensor pyrometer ARDOCOL MP

(48)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 KESIMPULAN

Dalam penulisan Karya Akhir ini kesimpilan yang dapat diambil oleh penulis adalah beberapa hal yaitu :

1. Sensor pyrometer ARDOCOL MP adalah suatu alat yang berfungsi untuk

mengukur besar temperature padat, dengan menangkap pancaran radiasi inframerah dan pancaran panas yang dikeluarkan oleh objek.

2. Hasil pengukuran temperatur material 800 – 1700 0C pada kiln akan

menghasilkan keluaran berupa sinyal listrik dalam besaran arus 4 mA – 20

mA, yang apabila temperature yang diukur 800 0C maka arus keluarannya 4

mA dan apabila yang terukur 1700 0C maka arus keluarannya 20 mA.

3. Data pengukuran dalam bentuk tren suhu :

• Jika temperatur menurun didalam pembakaran dalam pada kiln maka

(49)

V.2 SARAN

Adapun saran yang dapat diberikan penulis pada penulisan Karya Akhir ini yaitu :

1. Hal-hal yang perlu diperhatikan pada pemasangan sensor Pyrometer

adalah letak dan jarak keterpasangan Sensor Pyrometer ARDOCOL MP pada kiln yang digunakan karena dapat menyebabkan kesalahan pada pengukuran temperatur material yang ada pada kiln tersebut.

2. melakukan perawatan berkala alat secara teratur. Hal yang perlu

diperhatikan adalah kebersihan peralatan, terutama sensor yang langsung berhubungan dengan material. Karena debu sering lengket pada sensor tersebut, jadi harus dibersihkan secara berkala.

3. untuk mengawasi agar proses pengukuran temperatur material pada kiln

(50)